[发明专利]一种AZ系列镁铍稀土合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种AZ系列镁铍稀土合金材料及其制备方法，属于合金领域。

背景技术

镁合金材料是目前结构金属材料应用中质量最轻的金属材料，它具有比重小，比强度高， 比刚度高，导电、导热性能好，降噪和电磁屏蔽好，切削加工性能好，易于回收等多种优点， 广泛应用在航空、航天、汽车制造、家电、电子信息产品中，成为21世纪最有应用前景的 金属材料。目前应用最为广泛的有压铸行业应用的AZ91D和广泛应用在镁合金型材、板材中 的变形镁合金AZ31和AZ61。然而镁合金材料的力学性能较低、抗高温氧化的性能较差，这 严重制约了镁合金材料的应用和推广，目前国内外广泛开展了提高镁合金强度和耐高温性能 的研究工作，欧美日等国家开展的高强度、耐高温镁合金材料研究处于较领先的地位，研制 出的新型镁合金材料具有较高的力学性能和较好的抗高温氧化性，其中尤以添加铍元素来提 高镁合金的抗高温性能，添加稀土元素来细化晶体，提高镁合金的综合力学性能，取得了较 好的实验效果。目前已经制定出了标准牌号的稀土镁合金材料，并应用于工业化生产中，铍 对镁合金材料提高高温性能的研究已经取得了突破性的进展，即将进入工业化生产和相关标 准的制定中。

由于稀土元素在镁合金结晶过程中作为形核的异质核心，提高镁合金凝固时的结晶速 率，加快镁合金的凝固过程，缩短凝固时间，这能够显著细化镁合金的组织，抑制镁合金晶 粒的长大；同时由于部分稀土元素与镁具有相同的六方晶格，稀土元素的熔点高于镁合金的 熔点，在降温结晶的过程中能够与镁形成共晶格，促进镁合金的快速结晶，形成成分过冷和 温度过冷，能够极大的细化镁合金的组织，提高镁合金的强度和塑性；再者，稀土元素的活 性大于镁元素，能够优先与镁合金中的杂质元素结合，形成富含稀土的杂质，上浮或下沉到 熔液的顶部或底部，起到去除杂质，净化熔液的目的，杂质的减少有益于提高镁合金的强度 和塑性；第四，稀土元素在镁合金凝聚结晶以后，富集在晶粒的边界，以钉扎的形式阻碍晶 界的迁移，阻止晶粒在高温受热时长大，显著提高其强度。

铍元素也是六方晶格结构，也能够与镁形成共晶格结构，细化晶粒，提高镁合金的强度 和塑性，不同的是铍元素的晶格和原子尺寸小于镁的晶格和原子尺寸，能够以替换、间隙的 形式替换镁晶格中的原子或挤压进镁的晶格中，造成镁晶格的畸变，形成分子应力，而分子 应力能显著提高材料的强度。铍的密度小于镁的密度，在镁合金熔炼时，能够上浮于镁合金 熔液的表面，形成表面氧化铍薄膜，氧化铍的致密度大于1，能够形成致密的氧化膜，阻止 氧进入镁合金熔体中，阻止镁合金的氧化；在镁合金处于高温状态时，镁合金中铍元素氧化 以后的致密度大于氧化镁，体积尺寸小于氧化镁的尺寸，能填补氧化镁之间的空洞，阻碍氧 气与镁合金基体的接触，提高镁合金材料的抗高温氧化性能。

发明内容

本发明的目的是为了提高AZ系列镁合金的力学性能，提供一种AZ系列镁铍稀土合金 材料的成分及其制备方法。

本发明的一种AZ系列镁铍稀土合金材料的原材料采用：

AZ31、AZ61、AZ91D采用符合国家标准的材料，其各元素及杂质含量符合国标要求； 铍元素采用镁铍中间合金或铝铍中间合金的形式加入，其合金成分为：镁铍合金铍含量在 10％～20wt％之间，铝铍合金铍含量在15％～20wt％之间；镁稀土中间合金采用富含钇和铈的 混合稀土中间合金，在混合稀土中间合金中钇含量大于75wt％，铈含量大于20wt％，其他 稀土含量小于5wt％；纯镁采用镁含量大于99.95wt％的符合国标的纯镁。

AZ系列镁铍稀土合金材料的成分设计如下：

稀土元素及铍元素质量百分数总含量控制在RE：0.05％～0.4％，Be：0.05％～0.3％，其余 为AZ系列镁合金(AZ31、AZ61、AZ91D)。

本发明的制备方法是：

(1)准备：Mg-Be或Al-Be中间合金、Mg-RE中间合金，中间合金的其他杂质元素含 量按GB/T8735标准执行，如制造、配置或订购Mg-Be或Al-Be、Mg-RE中间合金；